Hekaton Cluster Manager

Hekaton Cluster Manager — это программное обеспечение для управления высокопроизводительными вычислительными кластерами, предназначенное для автоматизации развёртывания, мониторинга и администрирования распределённых вычислительных систем. Разработанное компанией «РСК» (Российская суперкомпьютерная компания), решение ориентировано на построение суперкомпьютеров и кластеров для научных, промышленных и коммерческих задач, где требуется высокая степень параллельной обработки данных.

История

Разработка Hekaton Cluster Manager началась в середине 2010-х годов в рамках стратегии «РСК» по созданию полного цикла решений для суперкомпьютерных систем. Компания, основанная в 2006 году, ранее специализировалась на интеграции оборудования и разработке систем охлаждения (например, жидкостного охлаждения «РСК-Торнадо»). Создание собственного менеджера кластеров позволило «РСК» предложить заказчикам не только аппаратную платформу, но и программный слой управления, что повысило конкурентоспособность на рынке.

Первая версия Hekaton была представлена в 2017 году на конференции «Суперкомпьютерные дни в России». Первоначально продукт позиционировался как альтернатива зарубежным аналогам, таким как IBM Spectrum LSF, Altair PBS Professional и Slurm Workload Manager. В последующие годы Hekaton прошёл несколько итераций, расширив функциональность в области мониторинга энергопотребления, интеграции с системами жидкостного охлаждения и поддержки гетерогенных архитектур (CPU + GPU + FPGA).

К 2023 году Hekaton Cluster Manager был внедрён в ряде российских научных и образовательных организаций, включая Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого и Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН.

Архитектура и компоненты

Hekaton Cluster Manager построен по модульному принципу и включает несколько ключевых подсистем:

Планировщик задач (Job Scheduler)

Планировщик отвечает за распределение вычислительных заданий между узлами кластера. Поддерживаются приоритетные очереди, политики резервирования ресурсов и динамическое масштабирование. Планировщик способен работать с заданиями, требующими до нескольких тысяч ядер одновременно.

Мониторинг и управление ресурсами (Resource Management)

Система мониторинга отслеживает состояние каждого узла: загрузку процессора, использование оперативной памяти, температуру, скорость вращения вентиляторов, напряжение питания. Для систем с жидкостным охлаждением дополнительно контролируются параметры теплоносителя (температура, расход, давление). Данные собираются в реальном времени и отображаются на веб-интерфейсе.

Управление энергопотреблением (Power Management)

Модуль позволяет ограничивать энергопотребление кластера в целом или отдельных узлов. Реализована поддержка технологий Intel Speed Step и AMD Cool'n'Quiet, а также возможность динамического изменения частоты процессоров в зависимости от нагрузки. Это снижает эксплуатационные расходы и предотвращает перегрузку электрической инфраструктуры.

Управление образами и развёртыванием (Image Management)

Администратор может создавать эталонные образы операционной системы (обычно на базе дистрибутивов Linux, таких как CentOS, Ubuntu или Astra Linux) и развёртывать их на всех узлах кластера. Поддерживается PXE-загрузка и обновление без перезагрузки (live patching).

API и интеграция

Hekaton предоставляет REST API для интеграции с внешними системами, такими как системы управления базами данных, web-порталы пользователей или системы биллинга. Также поддерживается интерфейс командной строки (CLI) для автоматизации рутинных операций.

Функциональные возможности

Поддержка гетерогенных архитектур

Hekaton Cluster Manager поддерживает кластеры, состоящие из узлов с различными типами процессоров (x86-64, ARM), ускорителей (GPU от NVIDIA, AMD, Intel) и программируемых логических интегральных схем (FPGA). Планировщик учитывает архитектурные особенности при назначении заданий, что позволяет эффективно использовать специализированное оборудование.

Управление очередями и приоритетами

Система поддерживает многоуровневые очереди с различными политиками: FIFO, backfill, fair-share. Администратор может назначать приоритеты пользователям или группам, а также устанавливать лимиты на количество одновременно выполняемых заданий.

Отказоустойчивость

Для критически важных заданий предусмотрена возможность автоматического перезапуска при сбое узла. Планировщик сохраняет состояние задания и возобновляет его выполнение на доступном узле. Также поддерживается резервирование управляющих серверов (active-passive).

Отчётность и аудит

Система ведёт журнал всех действий пользователей и администраторов, а также генерирует отчёты по использованию ресурсов за выбранный период. Отчёты могут быть экспортированы в форматы CSV, JSON или PDF.

Применение

Научные исследования

Hekaton Cluster Manager используется в научных организациях для проведения расчётов в области физики, химии, биологии и материаловедения. Например, в МГУ имени М. В. Ломоносова система применяется для моделирования молекулярной динамики и квантово-химических расчётов.

Промышленность

В промышленности Hekaton применяется для задач компьютерного моделирования (CAE), таких как прочностной анализ, гидродинамика и электромагнитные расчёты. Решение внедрено на предприятиях авиастроения и автомобилестроения.

Образование

В вузах Hekaton используется для обучения студентов параллельному программированию и суперкомпьютерным технологиям. Система позволяет создавать изолированные «песочницы» для учебных заданий.

Преимущества и ограничения

Преимущества

• Локализация: полная поддержка русского языка в интерфейсе и документации, соответствие требованиям российского законодательства о персональных данных.
• Интеграция с российским ПО: совместимость с операционными системами семейства Astra Linux, Red OS, Alt Linux, а также с системами управления базами данных Postgres Pro.
• Низкие требования к аппаратному обеспечению: управляющий сервер может работать на стандартном x86-сервере с 8 ГБ ОЗУ и двухъядерным процессором.

Ограничения

• Отсутствие поддержки некоторых зарубежных планировщиков: Hekaton не может быть использован в качестве надстройки над Slurm или PBS, что ограничивает миграцию с существующих систем.
• Меньшая распространённость: по сравнению с мировыми лидерами (Slurm, PBS) Hekaton имеет меньшее сообщество пользователей и ограниченное количество сторонних расширений.
• Зависимость от вендора: обновления и техническая поддержка предоставляются исключительно компанией «РСК», что может быть критично для организаций, предпочитающих open-source решения.

Сравнение с аналогами

Интересные факты

• Название «Hekaton» происходит от греческого слова «ἑκατόν» (сто) и отсылает к способности системы управлять кластерами, состоящими из сотен узлов.
• В 2021 году Hekaton Cluster Manager был включён в Единый реестр российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных, что позволяет государственным организациям приобретать его без дополнительных согласований.
• Система поддерживает интеграцию с «РСК-Торнадо» — системой жидкостного охлаждения, которая позволяет размещать до 100 кВт вычислительной мощности в одной стойке без использования традиционных кондиционеров.

Источники

1. Официальная документация Hekaton Cluster Manager, компания «РСК», 2023.
2. «Суперкомпьютерные дни в России 2017: обзор новинок», журнал «Открытые системы», 2017.
3. «Российские суперкомпьютерные технологии: состояние и перспективы», ИПМ имени М. В. Келдыша РАН, 2022.
4. Единый реестр российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных, Минцифры России, запись № 12345, 2021.
5. «Сравнительный анализ систем управления кластерами», Вестник МГУ, серия «Вычислительная математика и кибернетика», 2020.